2 对流热交换
2.1 牛顿冷却定律和对流热阻
牛顿冷却定律表明：由平面进入到空气中的热量与温差和面积成线性关系。
这个比例系数
称为热交换系数。不是一个常数，而是随着对流的类型（强迫对流、自然对流）、空气流速以及特征尺寸变化的。上式描述了板子在获取热量和散去热量之间的热量平衡。如果板子获得的热量为
，则我们可以通过上式来估计板子的平均温度为：
如果板子的六个面有不同的
值，则：
对于自然对流的情况，值大约在5－10
，在强迫对流情况中，随着冷却空气的流速变化。
实例：具有10W热功耗的欧洲标准板子（）在自然对流情况下的平均温度为多少？我们假定热功耗的散失是在板子上平均分布的。我们采用。PCB板的前后两面作为散热区域。
注意：在Flotherm中，热交换系数不需要输入，这个值软件会自动计算。
2.2 Nusselt数和平板对流
文献：
M. Wutz (1991): Wärmeabfuhr in der Elektronik, Vieweg Verlag
W. Wagner (1998): Wärmeübertragung. Vogel Verlag (Kamprath-Reihe)
VDI Wärmeatlas …
Incoprera ….
通常情况下Flotherm用户不需要担心热交换系数。但以下所述的内容有助于验证仿真结果的正确性。可以采用努塞尔（Nusselt）准则数来估计热交换系数。从而产生了相应的公式和图表来揭示哪些因素会促使热量的传递。
努塞尔（Nusselt）数是一个无量纲的准则数，并且由热交换系数、几何特征长度和流体的热导率确定。
其中称为特征长度，与雷诺（Reynolds）数或格拉晓夫（Grashof）数中的定义相类似。如果我们知道了努塞尔（Nusselt）数，就可以由下式得到热交换系数。
其中称为特征长度，与雷诺（Reynolds）数或格拉晓夫（Grashof）数中的定义相类似。是流体的热导率。
建议：在采用努塞尔（Nusselt）准则数进行计算的时候，应注意其适用的范围。
2.2.1 强迫对流
雷诺（Reynolds）数的定义为：
其中是流体的特征流速，是特征长度，是流体的运动粘度（空气：）
流体以均匀的流速掠过某一平板，则并且是沿着平板流动方向的长度。所以当空气沿着平板的长边流动与沿着平板短边流动时，两者的雷诺（Reynolds）数可能不同。
2.2.2 外掠平板层流换热
只要，就认为流动处于层流状态：
对于空气和所有理想气体而言，其普朗特（Prandtl）数，对于水，所以对于空气可以得到：
2.2.3 外掠平板湍流换热
对于空气可以近似为：
实例：在流速情况下，具有10W热功耗的欧洲标准（）板子的平均温度为多少？
2.2.4 自然对流层流状态下的平板换热
在自然对流情况下浮升力会促使流体（通常是空气）流动。这个无量纲的控制变量是格拉晓夫（Grashof）数。如果我们假定一块高为的垂直放置，流体流动的距离为板的高度，也就是，定义为：
其中为重力加速度，为流体的膨胀系数，是流体和平板的温差。对于理想气体（例如：空气）。对于具有常壁温（非常热流）的垂直平板当时，努塞尔（Nusselt）准则数为：
称为瑞利（Rayleigh）数，，对于处于空气中的平板，上式可以转化为：
其它准则数可以参考相关的文献。使用准则数时首先判断问题是常壁温还是常热流。这两者是不一样的。
实例：在自然对流情况下，具有10W热功耗的垂直平板的平均温度为多少？温度的估计需要反复的采用的计算公式。
2.2.5 自然对流湍流状态下的平板换热
什么时候才是自然对流湍流状态下的平板换热？？
当。对于平板意味着。
2.2.6 自然对流情况下的流动状态
在平板表面的边界条件是速度，在距平板一段距离处空气流速达到最大。
自然对流情况下沿发热平板的空气流动
注意：箭头的颜色表示所处位置的空气温度。
2.3 管内流动
在电子散热领域的某些流动类似于管内流动，例如空气通过散热器的两个翅片。
管道的特性通过水力直径来描述。对于圆管水力直径就是其几何直径，对于其它形状的通道可以通过下式来计算水力直径：
对于一个直径为的圆管其水力直径为，我们可以通过上式来对圆管的水力直径进行验证：。对于一个边长为L的正方形管道截面，其水力直径是其边长：。
对于一个宽为，高为的矩形管道截面，其水力直径为：
如果是长条状（），则可以简化为。当我们计算流气经过打孔板的压降时，需要用到水力直径。
2.3.1 管内强迫对流
管内时，流体由层流状态过渡为湍流状态。在雷诺（Reynolds）准则数的定义中，其特征长度。
1. 管内层流流动
当圆管内流体处于充分发展的层流流动时，其。对于一个管道，，其中可以从下图中获取：
管内层流流动状态下努塞尔（Nusselt）数是长宽比的函数
2. 管内湍流流动
下图显示了不同直径和长度比管道内努塞尔数是随着变化的。
对于不同直径和长度比的管道内层流和湍流的状态下的努塞尔数
2.3.2 管内自然对流
下图给出了高为、宽为的垂直管道定义：
，对于一侧加热的管道，对于两侧加热的管道，其热交换系数为。
对于垂直加热圆管（最底下曲线），一侧加热通道（中间曲线）和两侧加热通道（最上方曲线）的Nusselt-Grashof准则数
